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液态硅胶广泛地应用于电子电器、机械、医疗、汽车等领域,本文先容加成型液体硅橡胶研究进展

责任编辑:盈泰高精  发布日期:2021-11-01
文章导读

总结了影响加成型液体硅橡胶功能性的因素。并先容了加成固化液体硅橡胶的新方向。最后对加成型液体硅橡胶未来的研究方向进行展望。

摘 要 :简述了加成型液体硅橡胶的优点及其用途。通过概述加成型液体硅橡胶的主要成分,先容了几种用于改性加成型液体硅橡胶性能的添加剂:粘结性添加剂、导电添加剂、导热添加剂、阻燃剂及特殊功能添加剂。总结了影响加成型液体硅橡胶功能性的因素。并先容了加成固化液体硅橡胶的新方向。最后对加成型液体硅橡胶未来的研究方向进行展望。

关键词:加成型,液体硅橡胶,成分,功能,添加剂

一、加成型液体硅橡胶的概述

加成型液体硅橡胶是由含乙烯基的聚有机硅氧烷作基础聚合物,含Si-H键的聚有机硅氧烷做交联剂,在铂催化剂存在下,在室温或者加热下可交联硫化的一类有机硅材料。与缩合型液体硅橡胶不同,加成型液体硅橡胶硫化过程中不产生副产物、收缩率小、能深层硫化并且对 接触的材料无腐蚀。具有广泛的适用温度范围、优良的耐化学性以及耐候性等优点,可以很容易地粘附在各种表面。因此相比于缩合型液体硅橡胶,加成型液体硅橡胶发展较快。目前已越来越广泛地应用于电子电器、机械、建筑、医疗、汽车等领域。 

二、加成型液体硅橡胶的主要成分

1、基础聚合物 

用作加成型液体硅橡胶的基础聚合物主要有以下两种含有乙烯基的线形聚有机硅氧烷。它们的分子量分布较宽,一般从数千至10~20万。加成型液体硅橡胶最普遍使用的基础聚合物是 α,ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷。研究发现基础聚合物的分子量和乙烯基含量可以改变液体硅橡胶的性能。

2、交联剂

用作加成型液体硅橡胶的交联剂是分子中含有3个以上Si-H键的有机聚硅氧烷,如含Si-H基 的线形甲基氢聚硅氧烷,环状甲基氢聚硅氧烷及含Si-H基的MQ树脂。使用最多的是下列结构的线形甲基氢聚硅氧烷。研究发现改变交联剂的含氢量或者结构可以改变硅橡胶的机械性能。李志超对比了不同结构、不同含量的交联剂(含氢硅油)对加成型液体硅橡胶性能的影响,发现交联剂的含氢量与硅橡胶的拉伸强度和硬度成比。顾卓江等人变换合成工艺和配方, 制得不同结构、不同分子量和不同氢含量的含氢硅油,以它作为交联剂合成加成型液体硅橡胶。

3、催化剂

研究人员为了提高催化剂的催化效率,制备了铂-乙烯基硅氧烷配合物,铂-炔烃基配合物及含氮化合物改性铂络合物。除了催化剂的种类,其用量也会影响液体硅橡胶制品的性能。Yan, Nianping等人研究了铂催化剂用量影响硅橡胶性能的机理,发现提高铂催化剂的浓度可以促进甲基间的交联反应,并且可以抑制主链的分解。

4、反应抑制剂

房佳丰等人研究发现,炔醇抑制剂与铂催化剂的质量比会影响加成型液体硅橡胶体系非等温硫化动力学行为。炔醇抑制剂与铂催化剂质量比越高,加成型液体硅橡胶体系的硫化特征温度越高。刘进等人制备了烷氧基硅烷化炔属硅氢加成抑制剂,不仅可以延长加成型液体硅橡胶的焦烧时间,而且可以使硫化物的表面更加平滑。雷卫华等人发现,二甲基己炔醇与乙烯基环硅氧烷两种抑制剂适量复合,液体加成硅橡胶具有抑制时间延长、固化时间缩短、扭矩显著增长和硫化速度更快的效果。 

三、加成型液体硅橡胶功能添加剂

1、导电添加剂

廖波等人以液体硅橡胶为绝缘基体、纳米导电炭黑颗粒为填充材料制作的复合材料具有优良的导电特性,通过实验测试获得了不同炭黑含量下复合材料的电阻率,当炭黑质量分数大于4%时,可获得较好的导电性。邹锐等人以乙烯基液体硅橡胶为基体、以镀镍石墨为导电填料制备导电硅橡胶,研究发现,当镀镍石墨用量为280份时,复合材料的体积电阻率可降至 0.1Ω·cm 以下。

2、导热添加剂 

加成型液体硅橡胶由于其良好的热稳定性和导热性能广泛应用于电子电器行业。加成型液体硅橡胶作为电子器件的散热材料,可以有效地传输热量,提高散热,延长电子器件的使用寿命。然而未加入导热添加剂的加成型液体硅橡胶的导热率很小,无法工业生产。常用的导热添加剂有Ag、Cu、Ca、Al2O3、AlN、BN 等。导热添加剂的种类、含量、颗粒分布以及表面改性都可以影响液体硅橡胶的导热性能。 

3、特殊功能添加剂

除了上述加成型液体硅橡胶的添加剂之外,研究者们制备了特殊功能性的添加剂来赋予加成型液体硅橡胶特殊的性能。刘天等人针对硅橡胶材料表面易生长藻类微生物,导致材料表面疏水性降低的问题,将肉桂油、百里香油和牛至油三种植物精油加入加成型液体硅橡胶中。研究发现,加入三种植物精油可以提高加成型液体硅橡胶的抗藻性能。Xie,Chixin等人制备了氟硅烷接枝二氧化硅(F-SiO2)作为加成型液体硅橡胶的添加剂。实验发现 F-SiO2 延缓了加成型液体硅橡胶表面强电弧放电和弱电弧放电的发生。对加成型液体硅橡胶的抗等离子体照射和抗跟踪能力明显增强。

四、加成型液体硅橡胶加成固化的新方向

如上文所述,传统的加成型液体硅橡胶的硫化机理为含乙烯基的基础聚合物与含硅氢键的聚合物发生硅氢加成反应。传统的加成型液体硅橡胶通常需要刚性模具来制造最终产品,但这 种传统的制造技术有成本高、耗时长、等缺点。产品往往不适用于电子产品。研究者发现通过 硫醇-双键加成的液体硅橡胶可用新型固化技术制备一系列具有更优异性能的硅橡胶。其优异的 力学性能、热稳定性及透光性等性能可以使其应用于更多新型领域。Zhao,Tingting等人基于支链硫醇官能化聚硅氧烷与不同分子量乙烯基封端聚硅氧烷的巯基-烯键反应,制备了硬度和力学性能可调的有机硅弹性体。印刷弹性体显示出高的印刷分辨率和优异的机械性能。有机硅弹性体的断裂伸长率可达1400%,远高于报道的紫外光固化弹性体,甚至高于最可拉伸的热固化有机硅弹性体。然后将超可拉伸硅弹性体应用于掺杂碳纳米管的水凝胶制备可拉伸电子器件。可印刷可加工硅橡胶在软机器人、柔性驱动器、医用植入物等领域具有广阔的应用前景。


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